JP4506059B2

JP4506059B2 - 弁開閉時期制御装置

Info

Publication number: JP4506059B2
Application number: JP2001280483A
Authority: JP
Inventors: 滋中嶋; 大祐岩田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: JP2003083011A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸排気弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の弁開閉時期制御装置としては、特開平１１―１３４３２号公報に開示される技術がある。これは内燃機関のシリンダヘッドに組付けられる弁開閉用の回転部材と、回転部材と相対回転及び一体回転可能な回転伝達部材と、回転伝達部材に形成され、回転部材の周面と摺接する突部と、回転部材に設けられたベーンと、突部に形成され該ベーンと当接するストッパーと、回転部材と回転伝達部材間に形成され、ベーンによって進角用室と遅角用室とに区画される流体圧室と、進角用室及び遅角用室にそれぞれ流体を給排する進角用及び遅角用流体通路と、進角用室と進角用流体通路及び遅角用室と遅角用流体通路とをそれぞれ連通し、回転伝達部材の摺接面において突部の周方向端部に形成される溝とを備えたものである。
【０００３】
しかしながら上記従来技術においては、突部の周方向端部に形成される溝により、回転部材の周面と摺接する面積が小さくなる。このため、回転伝達部材の外周に形成されるスプロケットに内燃機関の駆動軸から回転動力を伝達するタイミングチェーンの張力により発生する荷重によって突部の摺接面に発生する面圧が増大し、摩耗が懸念される。
【０００４】
また、突部の周方向端部に形成される溝により、ベーンと当接するストッパーの面の位置が径方向外方部となり、ベーンとの当接時ベーンに発生する荷重がモーメント荷重となる。このため、ベーンの折損、ベーン溝の摩耗が懸念される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、弁開閉時期制御装置において、回転伝達部材の突部の摺接面に発生する面圧の低減と、ベーンに発生するモーメント荷重の低減をはかることを技術的課題とする。
【０００６】
上記した技術的課題を解決するために請求項１の発明において講じた手段は、内燃機関のシリンダヘッドに支承されたカムシャフトに取り付けられたロータと、該ロータと相対回転可能に外装され、前記ロータの周面と摺接する突部を有するハウジングと、該ハウジングの外周に設けられるスプロケットと、前記ロータに設けられ前記ロータの径方向外側に延出するベーンと、前記ハウジング及び前記ロータの間に形成され、前記ベーンによって進角用室と遅角用室とに区画される流体圧室と、前記進角用及び遅角用室にそれぞれ流体を給排する進角用及び遅角用流体通路と、前記進角用室と前記進角用流体通路及び前記遅角用室と前記遅角用流体通路とをそれぞれ連通し、前記ロータとの摺接面において前記突部の周方向端部に形成される溝とを備える弁開閉時期制御装置において、前記スプロケットは前記ハウジングの軸方向一端側に設けられると共に、前記スプロケットの軸方向の長さは前記ハウジングの軸方向の長さよりも短く設定され、前記溝は、前記ハウジングの軸方向他端側から軸方向に沿って形成され、前記ハウジングの軸方向に関して前記スプロケットに対応する前記突部の周方向端部には、前記突部の軸方向一端面に前記ハウジングの径方向内側に沿って延びるとともに、前記ロータに摺接する角部が設けられ、該角部によって前記溝の軸方向一端側が閉塞されることである。
【０００７】
この手段によれば、スプロケットはハウジングの軸方向一端側に設けられると共に、スプロケットの軸方向の長さはハウジングの軸方向の長さよりも短く設定され、溝を、ハウジングの軸方向他端側から軸方向に沿って形成し、ハウジングの軸方向に関してスプロケットに対応する突部の周方向端部に、突部の軸方向一端面にハウジングの径方向内側に沿って延びるとともに、ロータに摺接する角部を設けられ、角部によって溝の軸方向一端側が閉塞されるようにしたことによりハウジングの突部の摺接面の面積を拡大できるため、面圧を低減することができる。
【０００８】
上記した技術的課題を解決するために請求項２の発明において講じた手段は、前記溝は、前記ストッパーに形成されることとしたことである。
【０００９】
この手段によれば、ベーンと当接するストッパーの面の位置がベーン基部とすることができるため、当接時の荷重をモーメント荷重から剪断荷重とすることができる。
【００１０】
より好ましくは、前記流体圧室について２つの対向する前記溝が同心の円弧によりそれぞれ形成されるとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１及び図２に示した弁開閉時期制御装置は主に、内燃機関のシリンダヘッド１００に回転自在に支承されたカムシャフト１０の先端部に一体的に組付けた弁開閉用のロータ２０と、ロータ２０に所定範囲で相対回転可能に外装されたハウジング３０と、フロントプレート４０と、リアプレート５０と、ハウジング３０の外周に一体的に設けたタイミングスプロケット（スプロケット）３１と、ロータ２０に組付けた４枚のベーン７０と、ハウジング３０に組付けたロックキー８０等によって構成されている。
【００１３】
カムシャフト１０は、図示しない吸気弁を開閉する図示しない周知のカムを有しており、内部にはカムシャフト１０の軸方向に延びる進角通路１１と遅角通路１２が設けられている。進角通路はカムシャフトに設けた径方向の通路７１及びシリンダヘッド１００に設けた環状溝１４と接続通路１６を通して切換弁２００の第１接続ポート２０１に接続されている。又、遅角通路１２は、カムシャフトに設けた径方向の通路７２及びカムシャフトに設けた環状溝１３とシリンダヘッド１００に設けた接続通路１５を通して切換弁２００の第２接続ポート２０２に接続されている。尚、切換弁２００はそのソレノイド２０３へ通電することによりスプール２０４を図示しないスプリングに抗して移動させる周知のものである。その非通電時には、内燃機関によって駆動されるオイルポンプ２０５に接続された供給ポート２０６が第２ポート２０２に連通すると共に、第１ポート２０１が排出ポート２０７に連通するように構成されている。また通電時には、図１に示すように供給ポート２０６が第１ポート２０１に連通すると共に、第２接続ポート２０２が排出ポート２０７に連通するように構成されている。このため切換弁２００の非通電時には遅角通路１２に作動油（油圧）が供給され、通電時には進角通路１１に作動油（油圧）が供給される。切換弁２００は単位時間当たりの通電と非通電の割合であるデューティ比を変えて制御されるものである。例えば、デューティ比５０％で制御すると、第１及び第２ポート２０１、２０２と供給及び排出ポート２０６、２０７は互いに全く連通しない状態になる。
【００１４】
ロータ２０は単一の取り付けボルト９１によってカムシャフト１０に一体的に固着されていて、４つのベーン溝２１、ロックキー受容溝２２、及び径方向に延びるそれぞれ４つの進角・遅角通路２３、２４及びロータ２０の外周面上に周方向に延びる通路２５を備えている。ベーン溝２１には４枚のベーン７０のそれぞれが径方向に移動可能に取り付けられ、ベーン溝２１の底部とベーン７０の底面との間には板バネ７３が配設され、ベーン７０の先端をハウジングの内周面に圧接している。受容溝２２には図２に示した状態、つまりロータ２０とハウジング３０の相対位置が所定の相対位相（最遅角位置）で同期したとき、ロックキー８０の頭部が所定量没入する。受容溝２２には進角通路２３からの作動油が供給される。
【００１５】
ハウジング３０は、ロータ２０の外周に所定の角度範囲で相対回転可能に組付けられている。ハウジング３０の両側には、環状のフロントプレート４０とリアプレート５０が接合され、４本の連結ボルト９２によって一体的に連結されている。ハウジング３０の、リアプレート５０が接合される軸方向端部の外周にはスプロケット３１が一体に形成されている。
【００１６】
ハウジング３０の内周には周方向に４つの突部３３が形成され、周方向で隣り合う突部３３との間に流体圧室Ｒ０を形成している。これら突部３３には、ロータ２０の外周面上で接して、ハウジング３０がロータ２０に回転自在に支承される内周面が形成されている。また、これら突部３３のうち２つの突部は、ベーン７０のうち２つのベーン７０ａ、７０ｂと、それぞれ当接するストッパー３３ｃ、３３ｄが形成されている。
【００１７】
突部３３は、図３に示すように周方向両端部に、ハウジング３０の軸方向に溝３３ａとこれに続く角部３３ｂとが形成される。溝３３ａは、突部３３の内周側、周方向端面側及びフロントプレート４０側が開放する断面が円弧状の溝を呈する。各流体圧室Ｒ０に対向する２つの溝３３ａは、断面が同心の円弧状とすることができる。従って、２つの溝３３ａは単一の回転刃具により同時加工できる。
【００１８】
角部３３ｂは、ハウジング３０の軸方向においてスプロケット３１と対向する位置に配設され、ハウジング軸方向の幅はスプロケット３１の幅以上とするのが良い。図４は突部３３の図３のＡ視を示し、突部３３の内周面は、凸形状を呈し、受圧面３７と角部３３ｂの受圧面３８とから形成される。このため、従来技術の受圧面３７に対し、受圧面３８の面積が拡大され、突部３３の内周面のタイミングチェーンから受ける荷重による面圧を低減できる。
【００１９】
図５は図３の突部３３のＢ視を示し、突部３３の周方向の端面は、端面３９との端面４０とから形成される。なお、ストッパー３３ｃ、３３ｄの端面も図５のように端面３９との端面４０とから形成される。このため、ベーン７０ａ、７０ｂと当接する位置は、端面３９及び、端面４０とすることができる。このため、突部３３のストッパー３３ｃ、３３ｄとベーン７０ａ、７０ｂとが当接する時、ベーン７０ａ、７０ｂに作用する荷重をベーン基部から端面３９までの位置に作用するモーメント荷重からベーン基部に作用する剪断荷重とすることができる。
【００２０】
ベーン７０ａ、７０ｂと当接する面積を従来技術と同等とする場合は、突部３３の周方向端面側の溝３３ａを径方向に拡大できる。つまり、オイル通路を形成する溝３３ａの断面積が拡大できるため、進角通路２３から進角用室Ｒ１及び遅角通路２４から遅角用室Ｒ２へそれぞれ供給される作動油量を増加することができる。なお、図７に示すように、突部３３は、軸方向両端部に角部３３ｂを形成し、その間に溝３３ａを形成する構成とすることもできる。突部３３の内周面のある一つの内周面にはロックキー８０を収容する退避溝３４と、退避溝３４と連通し、ロックキー８０を径方向内方へと付勢するスプリング８１の収容溝３５が形成されている。
【００２１】
各ベーン７０は、軸方向では両プレート４０、５０の間に、径方向ではハウジング３０とロータ２０との間に、周方向では隣り合う突部３３の間に形成される流体圧室Ｒ０を、進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２とに区画している。ロータ２０とハウジング３０との相対回転量は、流体圧室Ｒ０の周方向幅（角度）に依存する。図２に示す最遅角側ではベーン７０ａがロータ２０に取り付けられる基部側においては、突部３３のストッパー３３ｃの端面４０にて当接する。また、最進角側ではベーン７０ｂがロータ２０に取り付けられる基部側にて、突部３３のストッパー３３ｄの端面４０に当接する。これにより、最遅角側では図８に示すようにカムシャフト１０の変動トルク及び弁開閉時期制御装置の駆動トルクにより発生する荷重Ｆがベーン７０ａのベーン基部に剪断荷重として作用する。一方、図９に示すように突部３３のストッパー３３ｃの径方向外方部にてベーン７０ａが当接し、荷重Ｆがベーン基部から長さｌで作用するモーメント荷重がベーン基部に作用する従来技術の弁開閉時期制御装置のベーンに比し、ベーンの強度、ベーン溝の強度を向上することができる。なお、最進角側においても荷重Ｆがベーン７０ｂのベーン基部に剪断荷重として作用する。
【００２２】
以上のように構成した本実施形態の弁開閉時期制御装置の作用を説明する。
【００２３】
内燃機関が停止している時は、オイルポンプ２０５が停止しており且つ切換弁２００が非通電の状態にあるので、流体圧室Ｒ０には作動油（油圧）が供給されていない。このため、ロータ２０とハウジング３０とは、図２に示すように最遅角位置において同期している。ここではロックキー８０の頭部が内部ロータ２０の受容溝２２に所定量嵌まり込んでおり、最遅角位置でロータ２０とハウジング３０の相対回転が規制されている、いわゆるロック状態にある。
【００２４】
内燃機関が始動されると、弁開閉時期制御装置は、最遅角位置にある図２の状態において、カムシャフトの変動トルク及び弁開閉時期制御装置の駆動トルクを受ける。これらトルクが、ハウジング３０の突部３３の端面３９と端面４０とから成るストッパー３３ｃとロータ２０に取り付けられるベーン７０ａとに作用する。
【００２５】
内燃機関の運転条件に応じて、弁開閉時期を進角させるには、切換弁２００に通電するデューティ比を大きくし、スプール２０４の位置を切り換える。従って、オイルポンプ２０５から供給される作動油（油圧）は、接続通路１６、進角通路１１及び通路２３を通って、進角用室Ｒ１へと供給される。また、通路２３を通って受容溝２２に供給され、又、通路２５を通って進角用室Ｒ１へと供給される。一方、遅角用室Ｒ２にあった作動油（油圧）は、通路２４、遅角通路１２、接続通路１５を介して切換弁２００の排出ポートから排出さる。この時、ロックキー８０がスプリング８１に抗して移動し、その頭部が受容溝２２から抜けてロータ２０とハウジング３０のロックが解除されると共に、カムシャフト１０と一体的に回転するロータ２０と各ベーン７０がハウジング３０及びプレート４０、５０に対して進角側（時計方向）に相対回転する。この相対回転は、図２に示した最遅角状態から、図示しない最進角状態まで至ることができる。
【００２６】
最進角状態では、ロータ２０に取り付けられるベーン７０ｂがハウジング３０の突部３３の端面３９と端面４０とから成るストッパー３３ｄに当接する。この時、ベーン７０ｂはカムシャフトの変動トルク及び弁開閉時期制御装置の駆動トルクを受ける。
【００２７】
一方、弁開閉時期を遅角させるには、切換弁２００に通電するデューティ比を小さくし、スプール２０４の位置を切り換える。従って、オイルポンプ２０５から切換弁２００を介して供給される作動油（油圧）は、接続通路１５、遅角通路１２及び通路２４、中間止め溝３３ｃを通って、遅角用室Ｒ２へと供給される。一方、進角用室Ｒ１にあった作動油（油圧）は、通路２３、遅角通路１１、接続通路１６及び切換弁を介して排出される。
【００２８】
ロックキー８０が受容溝２２から抜けた状態では、切換弁２００に通電するデューティ比を小さくしていくと、遅角用室Ｒ２に作動油を供給することができる。従って、図示しない最進角状態から図２に示した最遅角状態まで、ロータ２０と各ベーン７０がハウジング３０及びプレート４０、５０に対して遅角側（反時計方向）に相対回転させることができる。
【００２９】
内燃機関の運転中は、内燃機関の図示しないクランク軸からクランクスプロケットとタイミングチェーンを介して、弁開閉時期制御装置のスプロケット３１に、図２の時計方向に回転動力が伝達される。ハウジング３０はロータ２０の外周面を受圧面３７と受圧面３８とからなる突部３３の内周面で相対回転可能に支承するとともに、タイミングチェーンの張力により発生する荷重を受ける。
【００３０】
なお、本実施形態は、ハウジング３０からなる第１回転部材に突部３３を形成したものであるが、ロータ２０からなる第２回転部材に突部３３を形成した弁開閉時期制御装置の実施形態とすることもできる。
【００３１】
また、本実施形態は、ハウジング３０の突部３３の回転支承面の面圧の低減を低減をはかることができるため、材料をアルミに置換し、軽量化したものである。
【００３２】
図６は、本発明のその他の実施形態を示す。これは、ハウジング３０とロータ２０の相対回転の規制時発生するモーメント荷重の低減をはかることができたため、材料を焼結材に置換し、ハウジングの突部外周部等の肉抜きを行うことができ、軽量化したものである。なお、その他の部分は、第１の実施形態と同一である。
【００３３】
【発明の効果】
上記したように、請求項１の発明によれば、ハウジング３０は、スプロケット３１に伝達される回転動力による荷重を受ける突部３３の内周面（回転支承面）の面積が増加でき、突部３３の内周面の面圧が低減され、支承部の信頼性を向上することができる。
【００３４】
また、請求項２の発明によれば、カムシャフトの変動トルク及び当該弁開閉時期制御装置の駆動トルクが内部ロータ２０に取り付けられるベーン７０の基部に剪断荷重として作用する。このため、モーメント荷重として作用する従来の弁開閉時期制御装置のベーンに比し、ベーン及びベーン溝の強度を向上することができるので、信頼性を向上をはかることができるとともに、オイル通路の拡大により作動油量が増加し、弁開閉時期制御装置の性能向上をはかることができる。
【００３５】
また、請求項３の発明によれば、突部３３の周方向両端部の溝３３ａが同心の円弧であるため、溝３３ａを機械加工及び塑性加工で成形する時、同時加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である弁開閉時期制御装置の縦断面図である。
【図２】弁開閉時期制御装置の最遅角状態であって、図１においてフロントプレート４０を外した状態の正面図である。
【図３】弁開閉時期制御装置のハウジング３０の正面からの詳細図である。
【図４】弁開閉時期制御装置のハウジング３０の突部３３のＡ視正面図である。
【図５】弁開閉時期制御装置のハウジング３０のＢ視正面図である。
【図６】本発明の他の実施形態である弁開閉時期制御装置の最遅角状態の正面図である。
【図７】本発明の他の実施形態である弁開閉時期制御装置のハウジング３０のＢ視正面図である。
【図８】本発明の最遅角状態におけるベーン部詳細図である。
【図９】従来技術の最遅角状態におけるベーン部詳細図である。
【符号の説明】
２０・・・ロータ
２３・・・進角用通路（進角用流体通路）
２４・・・遅角用通路（遅角用流体通路）
３０・・・ハウジング
３３・・・突部
３３ａ・・・溝
３３ｂ・・・角部
３３ｃ・・・ストッパー
３３ｄ・・・ストッパー
７０、７０ａ、７０ｂ・・・ベーン
Ｒ０・・・流体圧室
Ｒ１・・・進角用室
Ｒ２・・・遅角用室

Claims

内燃機関のシリンダヘッドに支承されたカムシャフトに取り付けられたロータと、
該ロータと相対回転可能に外装され、前記ロータの周面と摺接する突部を有するハウジングと、
該ハウジングの外周に設けられるスプロケットと、
前記ロータに設けられ前記ロータの径方向外側に延出するベーンと、
前記ハウジング及び前記ロータの間に形成され、前記ベーンによって進角用室と遅角用室とに区画される流体圧室と、
前記進角用及び遅角用室にそれぞれ流体を給排する進角用及び遅角用流体通路と、
前記進角用室と前記進角用流体通路及び前記遅角用室と前記遅角用流体通路とをそれぞれ連通し、前記ロータとの摺接面において前記突部の周方向端部に形成される溝とを備える弁開閉時期制御装置において、
前記スプロケットは前記ハウジングの軸方向一端側に設けられると共に、前記スプロケットの軸方向の長さは前記ハウジングの軸方向の長さよりも短く設定され、
前記溝は、前記ハウジングの軸方向他端側から軸方向に沿って形成され、
前記ハウジングの軸方向に関して前記スプロケットに対応する前記突部の周方向端部には、前記突部の軸方向一端面に前記ハウジングの径方向内側に沿って延びるとともに、前記ロータに摺接する角部が設けられ、
該角部によって前記溝の軸方向一端側が閉塞されることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
前記溝は、前記ストッパーに形成されることを特徴とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
前記流体圧室について２つの対向する前記溝が同心の円弧によりそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。